124190 (Расчет максимальной величины износа рабочих поверхностей колес открытой фрикционной цилиндрической передачи), страница 2

Как контактная выносливость, так и абразивный износ активных поверхностей колес, в первую очередь, зависят от величины максимальных контактных напряжений и механических характеристик материалов, из которых изготовлены колеса. Кроме того, на работоспособность передачи большое влияние оказывают технологические факторы (качество и точность изготовления рабочих элементов фрикционной передачи) и эксплуатационные особенности (условия нагружения, проскальзывание, температурный режим, свойства смазки и др.).

Расчет фрикционных передач на износостойкость предполагает определение величин интенсивности изнашивания и толщин износа за требуемый промежуток времени контактирующих поверхностей фрикционных колес при работе без смазки (как правило, открытых передач) и со смазкой, а также определение ресурса работы передачи.

При передаче вращающего момента на ведущем валу фрикционной передачи (рис. 3) необходимую силу нажатия можно вычислить по формуле [1, с.46, ф.(3.7)]:

, (1.1)

где

- коэффициент сцепления (коэффициент режима работы);

- коэффициент трения скольжения;

- диаметр ведущего колеса, м.

Рис.3. Расчетная схема фрикционной цилиндрической передачи

Полуширина плоскости контакта определяется по формуле [1, с.24, ф.(2.33)]:

, (1.2)

где

- коэффициент динамической нагрузки (для безударной работы );

- приведенный радиус кривизны деталей в зоне контакта, мм ( , где и - радиусы кривизны контактирующих поверхностей (знак плюс – при внешнем контакте, знак минус – при внутреннем контакте));

- приведенный модуль нормальной упругости тел, МПа ( , где и - модули нормальной упругости материалов соприкасающихся деталей).

Контактные напряжения определяются по формуле [1, с.24, ф.(2.32)]:

. (1.3)

Расчет на износ и долговечность фрикционных передач с постоянным передаточным отношением и вариаторов проводят, определяя на рабочих поверхностях колес величины интенсивности линейного износа по формуле [1, с.30, ф.(2.47)]:

, (1.4)

где

- разрушающее напряжение при однократном растяжении, МПа;

- параметр кривой фрикционной усталости;

- поправочный коэффициент к числу циклов до отделения с поверхности частиц износа;

- коэффициент перекрытия контактных площадей ( , где и - площади контакта номинальная и фактическая, мм²);

- коэффициент, величина которого зависит от волнистости поверхности (для волны, имеющей сферическую форму, ; без учета влияния шероховатости поверхности на деформацию волн );

- параметр опорной кривой шероховатости поверхности;

- комплексная характеристика шероховатости поверхности, учитывающая остроту выступов и их распределение по высоте;

- модуль нормальной упругости материала детали, МПа;

- максимальное давление в центре площадки контакта (при круговом или эллипсном отпечатке) или продольной оси симметрии площадки контакта (при ленточной форме отпечатка);

- молекулярная составляющая коэффициента трения ( , где и - фрикционные параметры, зависящие от условий работы пары трения).

В данном случае принимается, что номинальное и контурное давления равны ( ).

Толщину изношенного слоя ведущего 1 и ведомого 2 (рис. 3) колес можно определить по формуле [1, с.47, ф.(3.8)]:

, (1.5)

где

- интенсивность изнашивания рабочих поверхностей ведущего 1 и ведомого 2 колес;

- полуширина полоски контакта при действии силы нажатия , мм;

и - окружные скорости (качения) точек рабочих поверхностей ведущего 1 и ведомого 2 колес, м/с;

- частота вращения ведущего 1 и ведомого 2 колес, об/мин;

- время работы рассчитываемой фрикционной передачи, мин.

Максимальную величину толщины изношенного слоя необходимо сравнить с нормативной (допустимой) величиной износа и определить ресурс работы фрикционной передачи . Ресурс работы фрикционной передачи по критерию износа определяется по формуле [1, с.38, ф.(3.5)]:

, (1.6)

где

- допустимый износ ведущего 1 и ведомого 2 колес, назначаемый с учетом качества трущихся поверхностей, функционального назначения фрикционной передачи, требуемого уровня надежности, безопасности, экономичности.

2. Практическая часть

Определить максимальную величину износа на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи (рис. 4).

Параметры передачи:

1. Диаметры колес и ;

2. Ширина колес ;

3. Передаваемая мощность на ведущем валу ;

4. Частота вращения ведущего вала ;

5. Коэффициент сцепления ;

6. Коэффициент трения скольжения материала без смазки ;

7. Модуль нормальной упругости ;

8. Время работы ;

Рабочие поверхности колес обработаны круглым шлифованием (Ra=0,63) и приработаны. Величину допустимого износа принимаем: [h]=2,5мм.

Решение

1. Определение необходимой силы прижатия в передаче.

Необходимая сила нажатия для передачи вращающего момента определяется по формуле (1.1). Для расчета необходимо определить вращающий момент :

Тогда необходимая сила прижатия в передаче равна:

.

Рис.4. Расчетная схема передачи

1. Определение полуширины плоскости контакта

Вычислим приведенный радиус кривизны и приведенный модуль нормальной упругости:

;

.

Тогда, используя формулу (1.2), найдем полуширину плоскости контакта:

.

2.3 Определение контактных напряжений

Подставив в формулу (1.3) значения исходных и рассчитанных ранее параметров, получим

.

2.4 Определение интенсивности изнашивания колес передачи

Определим интенсивность изнашивания рабочих поверхностей колес фрикционной передачи по формуле (1.4).

Значения параметров шероховатости поверхностей деталей [1, с.81, прилож. 3, табл. 2] для приработанных чугунных поверхностей, обработанных круглым шлифованием: класс шероховатости – 8; ; ; ; ; ; .

Определим остальные параметры, входящие в формулу (1.4): коэффициент перекрытия контактных площадей - ; без учета влияния шероховатости поверхности на деформацию волн ; разрушающие напряжения при однократном растяжении и коэффициент кривой фрикционной усталости [1, с.83, прилож. 4] - , ; по номограмме [1, с.84, прилож. 5] поправочный коэффициент к числу циклов до отделения с поверхности частиц износа ; молекулярная составляющая коэффициента трения [1, с.87, прилож. 7] .

Подставив полученные значения в формулу (1.4), найдем интенсивность изнашивания колес передачи:

2.5 Определение толщины изношенного слоя ведущего и ведомого колес

Толщину изношенного слоя колес можно определить по формуле (1.5). Для этого определим параметры, входящие в формулу:

- окружная скорость (качения) точек рабочей поверхности ведущего 1 колеса;

- окружная скорость (качения) точек рабочей поверхности ведомого 2 колеса (здесь - относительная потеря скорости);

- передаточное число фрикционной передачи;

- частота вращения ведомого колеса.

Подставив полученные значения в формулу (1.5), получим:

Максимальная величина изношенного слоя . По нормам величина допустимого износа [h]=2,5мм, следовательно, условие соблюдается ( ).

2.6 Определение допустимого ресурса работы фрикционной передачи.

Допустимый ресурс работы ведущего колеса передачи определяется по формуле (1.6):

что больше заданного.

Заключение

В этой расчетно-проектировочной работе был проведен расчет максимальной величины износа на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи.

Максимальная величина изношенного слоя . Условие соблюдается ( ), значит, передача будет работоспособна в течение заданного срока службы.

Допустимый ресурс работы ведущего колеса передачи больше заданного, поэтому данная фрикционная цилиндрическая передача может работать больше заданного ресурса.

Список использованной литературы

1. Асеев Н.В., Асеева Е.Н., Крейчи Э.Ф., Матлин М.М. / Под общей редакцией д-ра техн. наук Матлина М.М. / Износостойкость сопрягающихся деталей механического оборудования наземных транспортных систем: Учеб. пособие / ВолгГТУ, Волгоград, 2000. – 99с.

2. Вирабов Р.В. Тяговые свойства фрикционных передач. – М.: Машиностроение, 1982. – 263с.

3. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. Для машиностр. спец. вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Высш. Шк., 1984. – 336 с.

4. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов/И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский; Под ред. Д.Г. Громаковского; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000. - 268 с.

5. Паршев С.Н., Ползенко Н.Ю. Испытание металлов на изнашивание. Методические указания к лабораторной работе.

6. Практические методы расчета на прочность деталей транспортных машин: учеб. Пособие / М.М. Матлин [и др.]; под ред. Д-ра техн. Наук, проф. М.М. Матлина / ВолгГТУ. – Волгоград, 2007. – 264с.

7. Пронин Б.А., Ревков Г.А., Бесступенчатые клиноремённые и фрикционные передачи (вариаторы), 2 изд., М., 1967;

8. Решетов Д.Н., Детали машин, 3 изд., М., 1974.

9. http://sap.net.ru/ Смазки, масла, герметики, нефтепродукты, гсм, тосол, антифриз

26